EP3856985A1 - Systeme de construction modulaire - Google Patents

Systeme de construction modulaire

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EP3856985A1
EP3856985A1 EP19794611.4A EP19794611A EP3856985A1 EP 3856985 A1 EP3856985 A1 EP 3856985A1 EP 19794611 A EP19794611 A EP 19794611A EP 3856985 A1 EP3856985 A1 EP 3856985A1
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EP
European Patent Office
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assembly
elements
vertical
horizontal
prefabricated building
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19794611.4A
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English (en)
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Guillaume Largillier
Ludovic LACHAVANNE
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Original Assignee
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    • E04B2001/2628—Interlocking connectors, e.g. with hooks or dovetails, added to the elongated wooden members
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    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/26—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups
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    • E04C2/296—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups at least one of the materials being insulating composed of insulating material and non-metallic or unspecified sheet-material
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H1/00—Buildings or groups of buildings for dwelling or office purposes; General layout, e.g. modular co-ordination or staggered storeys
    • E04H1/02—Dwelling houses; Buildings for temporary habitation, e.g. summer houses

Definitions

  • the present invention relates to the field of modular construction of prefabricated buildings, and more particularly to a construction assembly comprising a network of posts and beams allowing the arrangement and the maintenance of the vertical and horizontal walls, and some of which also integrate means for circulating fluids. At least part of the walls are made up of SIF type panels (structuring, insulated, finished). The section of the beams is substantially equal to the section of the SIF panels.
  • the present invention relates to the field of building construction [IPC / EPC E04B], and in particular of small-sized buildings such as individual houses, group housing, offices, schools and other collective equipment (crèche, neighborhood, etc.).
  • the invention relates more particularly to the field of off-site building construction.
  • the invention also relates to the field of construction of buildings with high energy and environmental performance, in particular those meeting the low-consumption building standards (as defined in particular by the RT-2012, RT 2020, Passivehaus standards).
  • buildings are characterized in the first place by a low energy consumption obtained by optimizing thermal insulation, sealing against humidity and air, ventilation, and thermal inertia.
  • the terms below will be interpreted as follows:
  • Off-site construction means a construction process consisting in constructing all or part of a building outside its site of establishment, for example in a workshop or a factory, as opposed to traditional construction on-site, which consists of transporting the various materials to erect the structure of the building on its site of establishment.
  • Modular construction construction carried out by assembling elements (modules) prefabricated in the factory, possibly allowing reuse and serial replication of said elements.
  • 2D modular construction modular construction consisting of surface elements or (panels: floors, walls, roofs, partitions) prefabricated in the factory and assembled on site;
  • Structural Insulated Panel sandwich panels comprising at least one structural layer and one insulating layer;
  • Fluids designates the means assigned to the management of the non-solid elements of the building (water, electricity, gas, air).
  • fluids include plumbing (incoming, outgoing used water and rainwater), heating and ventilation, distribution of energy sources (gas and electricity).
  • Patent application WO2012021055A2 describes a system comprising a plurality of construction elements characterized by a hollow bar as a connection means for connecting pillar assemblies and an engagement means for connecting pillar and wall assemblies.
  • the system further includes a column to form pillar assemblies and a wall panel to form wall assemblies.
  • a first beam supports a floor and a second beam supports ceiling assemblies which have a junction plate on a first end and a second end for engaging the latching means.
  • a flat panel which forms a floor in said building has a plurality of supports for receiving penetrant.
  • 3D modular construction which consists in prefabricating finished volumes which can, if necessary, integrate the finish and the circulation of fluids.
  • This kind of prefabricated constructions is extremely limited by the geometric constraints imposed by the transport from the factory to the site of implantation.
  • the aim of the invention is to manufacture high-performance houses at a lower cost and less time by assembling on-site prefabricated modules integrating all the necessary elements (structural work, finishing work, finishing.).
  • the invention relates, in its most general sense, to a construction assembly of a prefabricated building comprising horizontal elements and vertical elements as well as assembly elements, characterized in that said horizontal, vertical and assembly consist of a first panel forming one of the longitudinal faces, a second panel forming a structuring layer on the opposite longitudinal face, and an insulating material disposed between said longitudinal faces, the thickness U of said vertical elements corresponding to the section of said assembly elements, the length of said vertical elements being a multiple of U, at least part of said assembly elements further comprising fluid conduits and / or electrical wiring.
  • At least part of said elements has male connectors inserted at regular intervals on the edge of said elements, and female connectors inserted symmetrically and facing each other on the corresponding edges.
  • edge of the assembly elements is machined at each insertion point of a female connector to create a trench at the bottom of which is housed the female connector.
  • said trench is wider on the edge of the edge of the assembly element to facilitate the insertion of the male connector.
  • the lower structuring part of the assembly elements is composed of a bracket reinforced by a metal section of rectangular section defining a duct for the ventilation of the air.
  • orifices are drilled regularly along the interior faces of said profile.
  • said orifices also pass through the structuring bracket.
  • the invention also relates to a method of constructing a prefabricated building conforming to the above-mentioned structure, characterized in that one proceeds successively:
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the construction principle by connecting panels using angle beams
  • FIG. 2 is a second exploded perspective view illustrating a building constructed according to the constructive principle
  • FIG. 3 is a side section showing the alignment of a corner beam, a horizontal SIF panel (roof), and a vertical SIF panel (wall)
  • FIG. 4 is a side section illustrating a building whose dimensions are multiples of the section of the modules
  • FIG. 5 is a perspective view of a metal connector of the male type and a metal connector of the female type for fixing the modules together
  • FIG. 6 is a perspective view of a beam incorporating a series of invisible metal connectors of the female type
  • FIGS. 7a and 7b are side sections of a beam configured to integrate the fluids
  • FIG. 8 is a perspective view of a beam configured to integrate the fluids
  • FIG. 9 is a sectional view of a post configured to integrate the fluids
  • FIG. 10 is a perspective view of a corner piece located at the intersection of two upper beams
  • FIG. 11 shows a first variant for the internal structure of the wall type vertical sandwich panel (SIF)
  • FIG. 12 shows an outer belt of a vertical type sandwich panel (wall)
  • FIG. 13 shows a perspective view of a roof SIF panel - Figure 14 shows a perspective view of a variant of the assembly by means of machined connectors
  • FIG. 15 shows a perspective view of a vertical panel / beam assembly by means of a twist-lock
  • the general principle of the invention consists in constructing a building by assembling prefabricated 2D modules on the site of implantation, as shown in FIG. 1.
  • the structure is thus made up of horizontal elements (such as floors, roofs, canopies, balconies) and verticals (such as walls, partitions, joinery) assembled together by 1 'intermediaries of posts, beams and corner pieces.
  • FIG. 1 shows that the walls and floors are composed at least in part of structuring panels and can also integrate non-structuring elements (for example windows).
  • the panels can be of the sandwich type and advantageously of the SIF type (structuring, insulated, finished).
  • Figure 3 shows in section a vertical SIF panel (6), a horizontal SIF panel (roof) (7) and a corner beam (8).
  • the material used for the structuring layer (9) of the panels is of little importance for understanding and implementing the invention.
  • this layer can be formed laminated wood, for example CLT (“Cross Laminated Timber”), LVL or Laminated veneer lumber (trade name).
  • CLT Cross Laminated Timber
  • LVL Laminated veneer lumber
  • Those skilled in the art may alternatively use other materials (concrete or composite panels).
  • the insulating layer (10) consists of any insulator (eg wood wool, mineral wool, polystyrene).
  • the interior finish may be the structuring material left raw, or a finishing layer, for example plaster, paint, or plasterboard (Trade name) not shown in the figure.
  • the exterior finish is arbitrary (wood cladding, fiber cement, sheet metal, plaster).
  • the precise composition of each sandwich panel is adapted according to its function (floor, ceiling, roof, wall, interior partition) and the material chosen for the structuring layer.
  • the panels forming the roof include an outer face that slopes slightly to allow the evacuation of rainwater. It should however be noted that, although having different compositions, the sandwich panels are designed so that their total thickness is substantially equivalent to the section of the beam (denoted U in FIG. 3).
  • this characteristic optionally makes it possible to unify the dimensions of the different modules (FIG. 4).
  • U 40 cm
  • FIG. 5 illustrates an example of a male connector (11) female (12).
  • the male connectors are inserted at regular intervals on the edge of the different panels while the female connectors are inserted symmetrically and opposite each other on the corresponding edges of the beams ( Figure 6).
  • the connectors can be aligned or staggered.
  • the edge of the beam is machined at each insertion point of a female connector to create a trench (13) at the bottom of which is housed the female connector (14 ).
  • the trench is substantially wider on the edge of the edge of the beam to facilitate the insertion of the male connector.
  • FIGS 7a and 7b illustrate an embodiment of the beams.
  • the beams are here composed of two parts.
  • the lower structuring part (15) is composed of a bracket (16) (for example glued laminated) reinforced by a metal profile (17) of rectangular section.
  • the profile acts as both an angle and a pipe for air ventilation.
  • orifices are drilled regularly (ideally at an interval equal to the unit U) along the interior faces of the profile.
  • a cable channel (18) is arranged to pass the electrical network (high current, low current, coaxial cables, Ethernet, fibers, etc.).
  • the upper part of the beam (19) integrates the insulation and is terminated by a channel (molded or extruded) allowing the evacuation of rainwater which flow from the roof panels.
  • a waterproof membrane (for example made of EPDM) covering the channel and overlapping the adjacent roofing panel for several centimeters ensures the watertightness of the assembly.
  • the structure of the columns ( Figure 9) is comparable to that of the beams. It also contains a structuring part, an insulator (30), a profile (31) for ventilation and a cable channel (32) for routing the electrical network and a channel (33) for water conduits.
  • the connection between the beams and the posts is made by means of a corner piece (35) illustrated in FIG. 10.
  • FIG. 11 shows a first variant for the internal structure of the vertical wall-type sandwich panel (SIF) in the form of a load-bearing panel made up of cross-laminated pleats (CLT) ensuring the load-bearing function of the wall as well as its bracing and its interior finish.
  • the outside of the CLT (41) is covered (insulating side) possibly with a vapor barrier veil.
  • Vertical posts (42) and / or horizontal joists (43) are used to hold the insulation (45) and to fix the exterior cladding (44).
  • the rain film (46) is disposed on the outside of the insulation. Cleats maintain an air space (47) between the cladding and the rain film.
  • vertical posts are braced by a wood particle board (eg OSB).
  • OSB wood particle board
  • the panel is lined with an interior partition, for example by means of plasterboard mounted on aluminum profiles.
  • a vapor barrier veil is attached to the inside of the panel.
  • the inner face (41) is composed of two wooden panels (for example 3 ply or CLT) separated by cleats ensuring a vacuum for the passage of electrical sheaths (3).
  • '' Figure 12 shows an outer belt of a vertical type sandwich panel (wall).
  • the belt (51) consists of planks of composite wood (for example LVL) coated on their outside face with a waterproofing membrane (for example in EPDM). Reservations are made in the belt for the passage of the CMV (53) and the electrical conduits (52).
  • Connectors (55) of the dovetail type on the lateral edges (54) make it possible to fix the vertical modules to one another, whether they are SIF panels of the wall type, corner posts, or modules integrating joinery.
  • the other fixing techniques proposed in the patent can also apply.
  • FIG. 13 represents a perspective view of a roof SIF panel made up of composite wooden beams (CLT or LVL) (61), insulating material (62) and two structural wooden panels (CLT, or 3 ply) (63 ).
  • CLT composite wooden beams
  • insulating material 62
  • CLT structural wooden panels
  • CLT structural wooden panels
  • 3 ply 3 ply
  • the particle board (OSB) (65) is insulated by a layer (64) and covered with a waterproofing membrane (eg EPDM).
  • EPDM waterproofing membrane
  • the floor panels have a similar structure.
  • the dry mineral floor consists of two Fermacel planks (high density gypsum) (65) and a layer of acoustic absorbent (64).
  • a honeycomb structure filled with sand (62, 62) is alternated with wooden composite beams (CLT or LVL).
  • the seal can be reinforced by means of a compressible seal (Compribande) placed under the EPDM of one of the modules, combined with a reservation on the module opposite.
  • Compribande compressible seal
  • FIG. 14 represents a perspective view of a variant of the assembly by means of machined connectors for the connection of the horizontal modules to each other.
  • a structural composite wooden board for example laminated veneer lumber
  • a and B are cut longitudinally so as to form two half-boards, marked A and B.
  • the half-board (71) is fixed on the belt of a horizontal SIF panel (floor or ceiling), the half-board (72) is fixed vis-à-vis on the beam. During assembly, the initial composite wooden board is reconstituted.
  • the board (71, 72) is cut in a repeating pattern that functions as a series of tenon-mortise connections.
  • the pattern can be a train of battlements or triangles, saw teeth, dovetails, etc.
  • a quasi sinusoidal pattern is particularly well suited as it facilitates positioning and nesting of the modules.
  • the lower part (71) can receive reservations for the passage of ventilation and electricity ducts.
  • FIG. 15 represents a perspective view of a vertical panel / beam assembly by means of a twist-lock.
  • Rotating connectors are usually used in container transport.
  • the connector known as a “twist-lock” consists of a female part (81) fixed or machined directly on the modules and a removable male connector (82) which is inserted between two modules.
  • the pattern is repeated periodically.
  • the repetition respects the U frame.

Abstract

L'invention concerne un ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué comprenant des éléments horizontaux et des éléments verticaux ainsi que des éléments d'assemblage caractérisé en ce que lesdits éléments horizontaux, verticaux et d'assemblage sont constitués par un premier panneau (6, 7, 8) formant l'une des faces longitudinales, un second panneau formant une couche structurante (9) sur la face longitudinale opposée, et un matériau isolant (10) disposé entre lesdites faces longitudinales, l'épaisseur U desdits éléments verticaux correspondant à la section desdits éléments d'assemblage, la longueur desdits éléments verticaux étant un multiple de U, une partie au moins desdits éléments d'assemblage comprenant en outre des conduits de fluide et/ou un câblage électrique.

Description

SYSTEME DE CONSTRUCTION MODULAIRE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne le domaine de la construction modulaire de bâtiments préfabriqués, et plus particulièrement d'un ensemble de construction comprenant un réseau de poteaux et de poutres permettant l'agencement et le maintien des parois verticales et horizontales, et dont certaines intègrent en outre des moyens de circulation des fluides. Au moins une partie des parois est constituée de panneaux de types SIF (structurants, isolés, finis). La section des poutres est substantiellement égale à la section des panneaux SIF.
La présente invention se rapporte au domaine de la construction de bâtiments [IPC/EPC E04B], et notamment de bâtiment de petit gabarit tel que les maisons individuelles, les logements groupés, les bureaux, les écoles et autres équipements collectifs (crèche, maisons de quartier, etc.).
L'invention se rapporte plus particulièrement au domaine de la construction de bâtiment hors-site.
De telles constructions réduisent les délais, les coûts et les risques liés au chantier et ont également un impact positif sur l'environnement en limitant les nuisances occasionnées par la construction (bruit, pollution, logistique).
L'invention se rapporte également au domaine de la construction de bâtiments à haute performance énergétique et environnementale, notamment celles répondant aux normes de bâtiment basse consommation (tels que définis notamment par les référentiels RT-2012, RT 2020, Passivehaus ) . De tels bâtiments sont caractérisés en premier lieu par une faible consommation énergétique obtenue en optimisant l'isolation thermique, l'étanchéité à l'humidité et à l'air, la ventilation, et l'inertie thermique. Dans le cadre du présent brevet, les termes ci-dessous seront interprétés comme suit :
- Construction hors-site ("off-site") : désigne un procédé de construction consistant à construire en tout ou partie un bâtiment hors de son site d'implantation, par exemple dans un atelier ou une usine, par opposition à la construction traditionnelle sur-site, qui consiste à acheminer les différents matériaux pour ériger la structure du bâtiment sur son site d'implantation.
- Construction modulaire : construction réalisée par assemblage d'éléments (modules) préfabriqués en usine, permettant éventuellement la réutilisation et réplication en série des dits éléments.
- Construction modulaire "3D" : construction modulaire constituée de volumes partiellement ou totalement préfabriqués et pré-assemblés en usine puis transportés et installés sur site ;
- Construction modulaire "2D" : construction modulaire constituée d'éléments surfaciques ou (panneaux : planchers, murs, toitures, cloisons) préfabriqués en usine et assemblés sur site ;
- Construction en kit : construction sur site à partir d'éléments pré-découpés en usine.
- Panneau sandwich : panneaux composés de différentes couches .
- Panneaux SIP ("Structural Insulated Panel") : panneaux sandwichs comprenant au moins une couche structurelle et une couche isolante;
- Panneaux SIF ("Structurants Isolés Finis") : panneaux sandwichs de type SIP incluant en outre les finitions intérieurs / extérieurs;
- Fluides (Circulation des / Gestion des) : désigne les moyens assignés à la gestion des éléments non-solide du bâtiment (eau, électricité, gaz, air). Généralement, les fluides comprennent la plomberie (arrivée, départ d'eau usée et d'eau de pluie), le chauffage et la ventilation, la distribution des sources d'énergie (gaz et électricité).
- Inertie thermique : capacité des matériaux à conserver leur température.
- Déphasage : capacité des matériaux à retarder les variations de température.
- Hygrométrie : quantité de vapeur d'eau dans l'air, humidité ambiante .
État de la technique
On connaît le brevet français FR2610655 décrivant une solution connue d'une ossature métallique caractérisée en ce qu'elle est constituée avec un minimum de poteaux verticaux, soit : au moins quatre, incorporés dans les angles, associés à des profilés métalliques encastrant la base des panneaux, alors que la partie supérieure des panneaux est renforcée par des inserts métalliques boulonnés à des pièces spécifiques permettant la fixation des extrémités basses des fermettes supportant la toiture. Cette ossature métallique est entièrement démontable, tout en étant dissimulée en grande partie dans les panneaux sandwichs, soit lors de la fabrication de ceux-ci, soit lors du montage (comme les poteaux d'angles).
On connaît aussi le brevet américain US6931803 décrivant une solution consistant à utiliser une structure poteau-poutre. La solidité de la construction est assurée par la fixation des poteaux et des poutres. Les parois ne jouent pas ici de rôle structurant et peuvent donc être constituées librement de tout type de panneaux, notamment des panneaux de type sandwich tels que décrits précédemment. Ce document de l'art antérieur décrit ainsi un procédé de mise en oeuvre de panneaux par l'intermédiaire de poutres en plastique extrudées permettant de connecter les éléments verticaux et horizontaux. En revanche, ce document ne divulgue aucun enseignement permettant à l'homme du métier d'intégrer la circulation des fluides. La demande de brevet W02012021055A2 décrit un système comprenant une pluralité d'éléments de construction caractérisés par une barre creuse en tant que moyen de liaison pour relier des ensembles piliers et un moyen d'enclenchement pour relier des ensembles piliers et murs. Le système comprend en outre une colonne pour former des ensembles piliers et un panneau mural pour former des ensembles murs . Une première poutre permet de supporter un plancher et une seconde poutre permet de supporter des ensembles plafonds qui comportent une plaque de jonction sur une première extrémité et une seconde extrémité pour entrer en prise avec le moyen d'enclenchement. Un panneau plan qui forme un plancher dans ledit bâtiment comporte une pluralité de supports pour recevoir du pénétrant.
Inconvénients des solutions antérieures
Les solutions de l'art antérieur mettant en œuvre des panneaux structurants isolés présentent l'inconvénient du poids, du coût, de l'encombrement et des difficultés de transports de ces structures.
Le principal problème de ces solutions connues dans l'état de la technique est la complexité de mise en oeuvre sur le chantier. Ces systèmes ne résolvent pas, ou alors partiellement, la complexité technique de la gestion des fluides et de la finition, qui nécessite, une fois le bâtiment hors d'eau et hors d'air, plusieurs mois de chantier. Ils nécessitent également des interventions complémentaires, après l'assemblage de la superstructure, pour installer les équipements de second œuvre.
Solution apportée par l'invention
Pour contourner ce problème, l'homme du métier peut se tourner vers la construction modulaire 3D, qui consiste à préfabriquer des volumes finis qui peuvent le cas échéant intégrer la finition et la circulation des fluides. Ce type de constructions préfabriquées est extrêmement limité par les contraintes géométriques imposées par le transport de l'usine vers le site d'implantation.
Le but recherché par l'invention est de fabriquer des maisons hautement performantes à moindre coût et moindre délai en assemblant sur site des modules préfabriqués intégrant l'ensemble des éléments nécessaires (gros-oeuvre, second oeuvre, finition. ) .
Pour cela il faut résoudre les problèmes de mise en oeuvre suivant :
•Assemblage / fixation des modules
•Circulation des fluides
•Écoulement des eaux pluviales
•Ventilation
•Électricité (Courant Fort/ Courant Faible) •Alimentation Eaux (chaude froide / chaude)
•Évacuation Eaux usées.
A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué comprenant des éléments horizontaux et des éléments verticaux ainsi que des éléments d'assemblage caractérisé en ce que lesdits éléments horizontaux, verticaux et d'assemblage sont constitués par un premier panneau formant l'une des faces longitudinales, un second panneau formant une couche structurante sur la face longitudinale opposée, et un matériau isolant disposé entre lesdites faces longitudinales, l'épaisseur U desdits éléments verticaux correspondant à la section desdits éléments d'assemblage, la longueur desdits éléments verticaux étant un multiple de U, une partie au moins desdits éléments d'assemblage comprenant en outre des conduits de fluide et/ou un câblage électrique.
Avantageusement, une partie au moins desdits éléments présente des connecteurs mâles insérés à intervalle régulier sur le chant desdites éléments, et des connecteurs femelles insérés symétriquement et en vis-à-vis sur les chants correspondants.
De préférence le chant des éléments d'assemblage est usiné à chaque point d'insertion d'un connecteur femelle pour créer une tranchée au fond de laquelle est logé le connecteur femelle.
Avantageusement, ladite tranchée est plus large sur le bord du chant de l'élément d'assemblage pour faciliter l'insertion du connecteur mâle.
Selon une variante, la partie structurante inférieure des éléments d'assemblage est composée d'une équerre renforcée par un profilé métallique de section rectangulaire définissant un conduit pour la ventilation de l'air.
Avantageusement, des orifices sont percés régulièrement le long des faces intérieures dudit profilé.
De préférence, lesdits orifices traversent également l'équerre structurante.
L'invention concerne aussi un procédé de construction d'un bâtiment préfabriqué conforme à la structure susvisée caractérisé en ce que l'on procède successivement :
à la pose d'un ou plusieurs modules horizontaux pour constituer un plancher,
à la connexion d'un réseau de poutres inférieures sur toutes les faces latérales du ou des modules horizontaux,
à l'élévation des parois verticales en connectant une série de modules verticaux et de poteaux sur la face supérieure des poutres inférieures
à la dépose d'un second réseau de poutres horizontales auxquelles seront finalement connectées des panneaux horizontaux pour composer la toiture ou le niveau supérieur.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de
réalisation La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés :
- La figure 1 est une vue éclatée et en perspective du principe constructif par connexion de panneaux à l'aide de poutres d'angles
- La figure 2 est une deuxième vue éclatée en perspective illustrant un bâtiment construit selon le principe constructif
- La figure 3 est une coupe latérale montrant l'alignement d'une poutre d'angle, d'un panneau SIF horizontal (toiture), et d'un panneau SIF vertical (mur)
- La figure 4 est une coupe latérale illustrant un bâtiment dont les dimensions sont des multiples de la section des modules
- La figure 5 est une vue en perspective d'un connecteur métal de type mâle et d'un connecteur métal de type femelle pour la fixation des modules entre eux
- La figure 6 est une vue en perspective d'une poutre intégrant une série de connecteurs métalliques invisibles de type femelles
- Les figures 7a et 7b sont des coupes latérales d'une poutre configurée pour intégrer les fluides
- La figure 8 est une vue en perspective d'une poutre configurée pour intégrer les fluides
- La figure 9 est une vue en coupe d'un poteau configuré pour intégrer les fluides
- La figure 10 est une vue en perspective d'une pièce d'angle située à l'intersection de deux poutres supérieures
- La figure 11 représente une première variante pour la structure interne du panneau sandwich (SIF) vertical de type mur
- La figure 12 représente une ceinture externe d'un panneau sandwich de type vertical (mur)
- La figure 13 représente une vue en perspective d'un panneau SIF de toiture - La figure 14 représente une vue en perspective d'une variante de l'assemblage au moyen de connecteurs usinés
- La figure 15 représente une vue en perspective d'un assemblage panneau vertical / poutre au moyen d'un verrou tournant (twist-lock)
Description détaillée
Le principe général de l'invention consiste à construire un bâtiment en assemblant sur le site d'implantation des modules 2D préfabriqués, tel que le montre la figure 1. La structure est ainsi constituée d'éléments horizontaux (tels que des planchers, toitures, verrières, balcons) et verticaux (tels que des murs, cloisons, menuiseries) assemblés entre eux par 1 ' intermédiaires de poteaux, de poutres et de pièces d'angle.
Pour élever le bâtiment on pose d'abord un ou plusieurs modules horizontaux pour constituer un plancher (1). On connecte ensuite un réseau de poutres inférieures (2) sur toutes les faces latérales du ou des modules horizontaux. On élève ensuite les parois verticales en connectant une série de modules verticaux (3) et de poteaux sur la face supérieure des poutres inférieures. Puis on dépose un second réseau de poutres horizontales (4) auxquelles seront finalement connectées des panneaux horizontaux (5) pour composer la toiture ou le niveau supérieur. La figure 2 montre que les parois et les planchers sont composés au moins en partie de panneaux structurants et peuvent également intégrer des éléments non structurants (par exemple des fenêtres). Lorsqu'ils sont en contact avec l'extérieur, les panneaux peuvent être de types sandwich et avantageusement de type SIF (structurants, isolés, finis). La figure 3 montre en coupe un panneau SIF vertical (6), un panneau SIF horizontal (toiture) (7) et une poutre d'angle (8). Le matériau utilisé pour la couche structurante (9) des panneaux importe peu pour la compréhension et la mise en œuvre de l'invention. De préférence, cette couche peut être constituée de bois lamellé, par exemple du CLT (en anglais « Cross Laminated Timber »), du LVL ou du Lamibois (nom commercial). L'homme du métier pourra alternativement employer d'autres matériaux (panneaux en béton ou en matériau composite).
La couche isolante (10) est constituée d'un isolant quelconque (ex : laine de bois, laine minérale, polystyrène). La finition intérieure peut être le matériau structurant laissé brut, ou une couche de finition, par exemple en plâtre, peinture, ou Placoplâtre (Nom commercial) non montrée sur la figure.
La finition extérieure est quelconque (bardage bois, fibrociment, tôle, enduit). La composition précise de chaque panneau sandwich est adaptée en fonction de sa fonction (plancher, plafond, toiture, mur, cloison intérieure) et du matériau choisi pour la couche structurante. Par exemple, comme on le voit sur les figures 1, 2 et 3 les panneaux formant la toiture comprennent une face extérieure en légère pente pour permettre l'évacuation des eaux pluviales. On retiendra cependant que, bien qu'ayant des compositions différentes, les panneaux sandwichs sont conçus pour que leur épaisseur totale soit substantiellement équivalente à la section de la poutre (noté U sur la figure 3).
En outre, cette caractéristique permet éventuellement d'unifier les dimensions des différents modules (figure 4). En effet, utiliser un système dimensionnel standardisé basé sur des multiples de l'unité U (par exemple U=40cm) offre un avantage considérable à l'homme du métier, dans la mesure où peuvent être produits en série des modules par la suite utilisés dans une grande variété de projet différents.
Les panneaux et les poutres peuvent être fixés entre eux en utilisant les techniques connues de l'homme du métier (vis, chevilles, colles). Néanmoins, pour faciliter et accélérer l'assemblage sur site du bâtiment, un mode d'assemblage privilégié consiste à employer des connecteurs mâles et femelles . La figure 5 illustre un exemple de connecteur mâle (11) femelle (12). Les connecteurs mâles sont insérés à intervalle régulier sur le chant des différents panneaux tandis que les connecteurs femelles sont insérés symétriquement et en vis-à- vis sur les chants correspondant des poutres (figure 6). Les connecteurs peuvent être alignés ou en quinconces. Pour guider le connecteur mâle et rendre la connexion poutre-panneau invisible, le chant de la poutre est usiné à chaque point d'insertion d'un connecteur femelle pour créer une tranchée (13) au fond de laquelle est logé le connecteur femelle (14). Avantageusement, la tranchée est substantiellement plus large sur le bord du chant de la poutre pour faciliter l'insertion du connecteur mâle.
Un des problèmes que cherche à résoudre l'invention étant la gestion des fluides, on utilise la structure intérieure des poteaux et des poutres pour faire circuler le réseau électrique, la ventilation et l'évacuation des eaux pluviales. Ainsi, tout en jouant un rôle structurant et isolant, les poteaux et les poutres servent de coffre technique pour aménager le passage des fluides. La figures 7a et 7b illustrent un mode de mise en œuvre des poutres. Les poutres sont ici composées de deux parties. La partie structurante inférieure (15) est composée d'une équerre (16) (par exemple lamellé-collé) renforcée par un profilé métallique (17) de section rectangulaire. Le profilé fait à la fois office de cornière et de tuyau pour la ventilation de l'air. Pour cela, des orifices sont percés régulièrement (idéalement selon un intervalle égal à l'unité U) le long des faces intérieures du profilé. Ces orifices (21) traversent également l'équerre structurante, comme on le voit sur la vue en perspective de la poutre (figure 8). Le long du profilé, un chemin de câble (18) est aménagé pour faire passer le réseau électrique (courant fort, courant faible, câbles coaxiaux, Ethernet, fibres, etc.). La partie supérieure de la poutre (19) intègre l'isolant et est terminée par un chenal (moulé ou extrudé) permettant l'évacuation des eaux pluviales qui s'écoulent depuis les panneaux de toiture. Une membrane étanche (par exemple en EPDM) recouvrant le chenal et chevauchant sur plusieurs centimètres le panneau de toiture adjacent assure l'étanchéité de l'ensemble.
La structure des poteaux (figure 9) est comparable à celle des poutres. Elle contient également une partie structurante, un isolant (30), un profilé (31) pour la ventilation et un chemin de câble (32) pour acheminer le réseau électrique et un canal (33) pour les conduits d'eau. La connexion entre les poutres et les poteaux s'effectuent au moyen d'une pièce d'angle (35) illustrée par la figure 10.
Variantes de réalisation
La figure 11 représente une première variante pour la structure interne du panneau sandwich (SIF) vertical de type mur sous la forme d'un panneau porteur constitué de plis lamellés- croisés (CLT) assure la fonction porteuse du mur ainsi que son contreventement et sa finition intérieure. La face extérieure du CLT (41) est recouverte (côté isolant) éventuellement d'un voile pare-vapeur. Des poteaux verticaux (42) et/ou des solives horizontales (43) permettent de tenir l'isolant (45) et de fixer le bardage extérieur ( 44 ) . Le film pare-pluie (46) est disposé sur la face extérieure de l'isolant. Des tasseaux maintiennent un vide d'air (47) entre le bardage et le film pare-pluie.
Alternativement, des poteaux verticaux sont contreventés par un panneau en particule de bois (par exemple de l'OSB). Le panneau est doublée d'une cloison intérieure, par exemple au moyen de plaques de plâtre montées sur des profilés en aluminium. Un voile pare-vapeur est fixé sur la face intérieure du panneau.
Selon un autre mode de réalisation, la face intérieure (41) est composée de deux panneaux en bois (par exemple du 3 plis ou du CLT) séparés par des tasseaux assurant un vide pour le passage des gaines électriques (3).' La figure 12 représente une ceinture externe d'un panneau sandwich de type vertical (mur). La ceinture (51) est constituée de planches de bois composite (par exemple du LVL) revêtues sur leur face extérieure d'une membrane d'étanchéité (par exemple en EPDM) . Des réservations sont réalisées dans la ceinture pour le passage de la VMC (53) et des gaines électriques (52).
Des connecteurs (55) de type queue d'aronde sur les chants latéraux (54) permettent de fixer les modules verticaux entre eux, qu'ils s'agissent de panneaux SIF de type mur, de poteaux d'angle, ou de modules intégrant des menuiseries. Les autres techniques de fixation proposées dans le brevet peuvent s'appliquer également.
Elément de toiture
La figure 13 représente une vue en perspective d'un panneau SIF de toiture constitué de poutres en bois composite (CLT ou LVL ) (61), matériau isolant (62) et deux panneaux de bois structurel (CLT, ou 3 pli) (63). Pour les zones chaudes, le panneau particule (OSB) (65) est isolé par une couche (64) et recouvert d'une membrane d'étanchéité (par ex : EPDM) .
Les panneaux de plancher présentent une structure similaire. Le plancher sec minéral est constitué de deux planches de Fermacel (Gypse haute densité) (65) et une couche d'absorbant acoustique (64).
Une structure en nid d'abeille remplie de sable (62, 62) est alternée avec des poutres en bois composite ( CLT ou LVL ) .
L'étanchéité à l'eau et à l'air à la jonction entre deux modules (par exemple un mur et une poutre) est assurée par le revêtement en EPDM (1). L'étanchéité peut être renforcée au moyen d'un joint d'étanchéité compressible (Compribande) placé sous 1 ' EPDM de l'un des modules, combiné à une réservation sur le module en vis-à-vis.
Assemblage par connecteurs usinés La figure 14 représente une vue en perspective d'une variante de l'assemblage au moyen de connecteurs usinés pour la connexion des modules horizontaux entre eux. En lieu et place des connecteurs métalliques, on utilise une planche de bois composite structurel (par exemple du lamibois) découpée longitudinalement de sorte à former deux demi-planches, notées A et B .
La demi-planche (71) est fixée sur la ceinture d'un panneau SIF horizontal (plancher ou plafond), la demi-planche (72) est quant à elle fixée en vis-à-vis sur la poutre. Lors de l'assemblage, on reconstitue la planche de bois composite initiale .
Pour maintenir l'assemblage panneau-poutre horizontalement et ainsi remplacer les connecteurs en métal, la planche (71, 72) est découpée en suivant un motif répétitif qui fonctionne comme une série de connexions tenon-mortaise. Le motif peut être un train de créneaux ou de triangles, des dents de scie, des queues d'aronde, etc. Un motif quasi sinusoïdal est particulièrement bien adapté car il facilite positionnement et l'emboîtement des modules .
La partie inférieure (71) peut recevoir des réservations pour le passage des gaines de ventilation et d'électricité.
Connecteurs
La figure 15 représente une vue en perspective d'un assemblage panneau vertical / poutre au moyen d'un verrou tournant (twist-lock) . Les connecteurs tournant sont habituellement utilisés dans le transport de conteneurs. Le connecteur connu sous le nom de « twist-lock » est constitué d'une partie femelle (81) fixée ou usinée directement sur les modules et d'un connecteur mâle (82) amovible que l'on insère entre deux modules .
Le motif est répété périodiquement. Ici, la répétition respecte la trame U.

Claims

Revendications
1 - Ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué comprenant des éléments horizontaux et des éléments verticaux ainsi que des éléments d'assemblage caractérisé en ce que lesdits éléments horizontaux, verticaux et d'assemblage sont constitués par un premier panneau (6, 7, 8) formant l'une des faces longitudinales, un second panneau formant une couche structurante (9) sur la face longitudinale opposée, et un matériau isolant (10) disposé entre lesdites faces longitudinales, l'épaisseur U desdits éléments verticaux correspondant à la section desdits éléments d'assemblage, la longueur desdits éléments verticaux étant un multiple de U, une partie au moins desdits éléments d'assemblage comprenant en outre des conduits de fluide et/ou un câblage électrique (18).
2 - Ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une partie au moins desdits éléments présente des connecteurs mâles insérés à intervalle régulier sur le chant desdites éléments, et des connecteurs femelles insérés symétriquement et en vis-à-vis sur les chants correspondants.
3 - Ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué selon la revendication 2 caractérisé en ce que le chant des éléments d'assemblage est usiné à chaque point d'insertion d'un connecteur femelle pour créer une tranchée (13) au fond de laquelle est logé le connecteur femelle (14).
4 - Ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite tranchée est plus large sur le bord du chant de l'élément d'assemblage pour faciliter l'insertion du connecteur mâle. 5 - Ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie structurante inférieure (15) des éléments d'assemblage est composée d'une équerre (16) renforcée par un profilé métallique (17) de section rectangulaire définissant un conduit pour la ventilation de l'air.
6 - Ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué selon la revendication précédente caractérisé en ce que des orifices (21) sont percés régulièrement le long des faces intérieures dudit profilé.
7 - Ensemble de construction d'un bâtiment préfabriqué selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdits orifices (21) traversent également l'équerre structurante.
8 — Procédé de construction d'un bâtiment préfabriqué conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que l'on procède successivement :
à la pose d'un ou plusieurs modules horizontaux pour constituer un plancher ( 1 ) ,
à la connexion d'un réseau de poutres inférieures (2) sur toutes les faces latérales du ou des modules horizontaux, à l'élévation des parois verticales en connectant une série de modules verticaux (3) et de poteaux sur la face supérieure des poutres inférieures
à la dépose d'un second réseau de poutres horizontales (4) auxquelles seront finalement connectées des panneaux horizontaux (5) pour composer la toiture ou le niveau supérieur.
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